Institutional Repository of Xinjiang Institute of Ecology and Geography, CAS
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Study on Vegetation-Hydrological Response of Desert Riparian Forest in Tarim River at Multi-scale
No full text在与干旱区河流水文变化过程的长期适应过程中，荒漠河岸林植被繁育更新、群落演替及分布格局与河流水系变迁形成了不可分割的密切关系，因此，深刻理解多尺度下的荒漠河岸林与水文过程的协同适应机制成为开展生态保护最为关键的科学基础。 本文针对不同水文过程下荒漠河岸林多尺度协同适应过程的关键科学问题，借助树轮年表构建、稳定同位素及植物功能性状等多种技术方法，以水资源转移转化过程为主线，从器官、物种（个体）、群落到区域尺度，利用大量的、连续长时间的、丰富的实地调查及实验数据，定量厘清了河道渗漏及生态闸放水对荒漠河岸林生长的贡献，明确了荒漠河岸林群落的水分来源及利用效率等适应机制，从环境筛选和生态位分化的角度研究了地下水变化下荒漠河岸林多样性维持和分异机制，揭示了连续长时间漫溢干扰下群落多样性的演替规律。同时，提出了针对塔里木河干流促进荒漠河岸林生长的生态水利工程合理调控措施，以及塔里木河下游实现荒漠河岸林保护和修复的地表水-地下水干扰模式。研究的开展不仅丰富干旱区生态水文研究，更为塔里木河生态调度及荒漠河岸林生态保育提供了重要的技术参考和科学理论依据。研究结果表明：（1）河道耗水量和生态闸放水量的峰值与地下水埋深的谷值存在一致性，生态闸放水对抬升地下水埋深，进而促进植被生长起到关键作用。其中，胡杨树干生长与生态闸放水量的相关性较好，而地下水埋深是促进冠层生长的关键因子生态水利工程修建以后，虽然耗水量比修建前减少了 12.4%；而树轮年表和TINDVI（累计植被指数） 分别增加了 5.6%和 4.2%，这表明生态水利工程促进了植物生长需水与供水（即生态闸放水和地下水埋深变化）的过程耦合，提高了植物生长对水资源的利用效率。 此外， 从生态水高效利用的角度， 当塔里木河径流量大于 43.1×108m3 时，应通过生态闸对天然植被进行引水漫溢。（2） 随着地下水埋深的增加， 胡杨幼林水分来源由集中到分散， 其它林龄胡杨的水分来源均能随地下水埋深的增加逐步下移，且当地下水超过 5m 时，其他林龄胡杨对浅层土壤水的利用率明显下降，避免了与胡杨幼林的水分竞争。 多枝柽柳水分来源呈现出“聚集-分散”的分布特点，罗布麻、 胀果甘草及芦苇更多的利用接近于相对深层的土壤水（贡献率超过 60%）。 在地下水 2~3m、 3~4m 和4~5m 埋深下，随着胡杨林龄的增加，其水分利用效率逐步减小，在地下水 5~6m埋深下过熟林显著小于其他林龄胡杨水分利用效率。在 4~5m 地下水埋深下荒漠河岸林在个体和群落尺度水分利用效率均达到最大值， 存在明显的中度干扰效应，与胡杨相比，灌木、半灌木及多年生草本其在变化水分条件下生长过程较为稳定。（3） 地下水埋深和土壤盐分含量共同主导了荒漠河岸林的物种多样性，地下水埋深增加和土壤盐分含量的降低均可提升其物种多样性水平。 塔里木河下游物种在地下水埋深和盐分浓度生境变幅上存在较大差异， 多枝柽柳及胡杨所适应的地下水埋深和土壤盐分浓度生境范围均最大，相较于土壤盐分浓度，其他物种对地下水埋深的适应生境范围相对较小。干旱和盐分胁迫维持其群落内 LN（叶氮含量）、 LP（叶磷含量） 和 SLA（比叶面积） 性状的功能多样性，与盐分胁迫相比，地下水埋深下降导致的干旱胁迫更容易影响到植物性状的功能多样性，地下水埋深对功能性状平均值具有较强的直接正效应，对群落功能性状距离有较强的间接负效应。（4） 生态输水为塔里木河下游荒漠河岸林生态系统的保护（补给地下水和土壤水水量占输水量的 44.5%和 42.6%）和恢复（用于漫溢的水量占 4.9%）提供了丰沛的水源。强度和轻度的漫溢干扰将促进植物分别演替成对干旱胁迫抗性较差的芦苇群落和花花柴群落。在中度漫溢干扰下（1 年 1~2 次，每次持续时间20~30d），植物形成了物种多样的（最大多样性指数）、以乔灌木为建群种（最大重要值）的植物群落。 为促进荒漠河岸林的生长和恢复， 在荒漠河岸林生态系统恢复的初期，对退化区实施中度漫溢干扰，地下水埋深由>7m 减小至 2~4m。此后，基于生态系统的保护和水资源的高效利用，植物群落的干扰模式应维持 4~5m的地下水埋深，至少实现 2~3 年 1 次、持续时间 20-30d 的地表水漫溢。若干旱加剧，为避免生态系统受损严重，可将地下水埋深维持在 5~7m，此时水力分配可在一定的程度弥补植物群落的生态水亏缺
Study on Plant Geochemical Information Recognition Based on Hyperspectral Measurements
No full text目前，随着露头矿、 地表矿及浅层矿的日益减少，急需一些新的找矿途径，而占世界陆地面积 2/3 的广大植被覆盖区仍有发现新的隐伏矿体的可能，是一个重要的深部矿产资源找矿方向。然而，由于植物的阻碍和干扰导致传统的地质勘查工作在植被覆盖区难以有效地开展， 急需一些新的找矿思路和找矿方法。近些年，随着遥感技术特别是高光谱技术的快速发展，遥感植物地球化学法在植物生长茂密的高植被覆盖区隐伏矿产勘查中得到了越来越广泛的应用，并取得了良好的应用效果， 但在植物生长相对稀疏的干旱荒漠区应用相对较少。事实上，干旱荒漠区在我国分布广泛且矿产资源也极其丰富，尤其是新疆地区的荒漠化面积达到 107.12 万平方公里，是我国干旱荒漠分布最大的区域。而与此同时， 新疆成矿条件好、矿产资源丰富、种类齐全，具有较大的开采潜力。为此，本研究选择广泛分布于新疆干旱荒漠区的一种小半灌木 — 白茎绢蒿（ Seriphidiumterrae-albae） 为研究对象， 通过野外实地观测与采样，结合实验室盆栽实验， 研究不同程度的金属胁迫下白茎绢蒿的吸收聚集特征以及叶绿素、含水量和反射光谱的变化规律， 确定植物胁迫光谱和金属含量之间的定量关系， 研发一套利用高光谱技术快速、准确地识别植物中地球化学异常信息的方法， 为将来利用遥感植物地球化学法在干旱荒漠区开展隐伏矿产勘查工作奠定理论基础和技术支撑。 本文得到的主要研究成果如下：（1）白茎绢蒿几乎可以无障碍地吸收土壤中的 Au、 Zn、 Cu 以及 Ni 四种元素而不会出现死亡现象， 且植物中的这四种元素含量与土壤中对应元素含量具有较强的相关性（R2 分别达到 0.9524、 0.9568、 0.936 和 0.9177）。相比于生长在正常土壤环境中的植物，生长在高 Cu 和 Ni 含量的土壤中的白茎绢蒿体内聚集的金属元素明显增高，可以较为清晰地凸显出元素含量异常。在不同程度的 Cu和 Ni 胁迫下，白茎绢蒿的叶绿素含量、含水量以及反射光谱均会发生显著且有规律地变化。使用比值植被指数（ 747742R R）可以较好地估算出白茎绢蒿 Cu 含量，构建的反演模型的决定系数 R2 达到 0.88，而对于 Ni 反演效果不佳，构建的植被指数反演模型的 R2 仅为 0.48。以上结果表明，当使用遥感植物地球化学法进行隐伏 Cu 矿的勘查时，白茎绢蒿可以作为有效的采样介质。（2）基于野外实测数据研究了波段宽度、光谱变换形式以及建模方法对白茎绢蒿 Cu 含量反演的影响。研究结果表明： 相比于随机森林（RF）、极限学习机（ELM）以及偏最小二乘支持向量机（LS-SVM）这三种建模方法，偏最小二乘（PLS）是最优建模方法，使用 PLS 构建的 Cu 含量反演模型不仅具有较高的精度且物理意义也比较明确； 相比于建模方法，光谱变换形式对 Cu 含量反演的影响更大，对原始光谱进行一阶以及二阶求导以后可以显著地增加 Cu 含量反演精度，其中把原始光谱平方根的二阶导数（ R）''作为自变量输入到 PLS 中构建的Cu 含量反演模型的精度最高，其留一交叉验证得到的预测值和实测值之间的决定系数 R2 达到了 0.5447； 对比分析逐步回归分析法、遗传算法（GA）以及竞争加权重采样法（ CARS）这三种波段筛选方法，将使用相关系数法从变换光谱（ R）''中筛选出的特征波段输入到 PLS 中构建的模型的反演精度最高，留一交叉验证得到的预测值和实测值之间的决定系数 R2 达到了 0.5589，略高于基于全波段建模的 0.5447，而模型使用的波段个数却从 340 减少为 102 个，这极大增加了模型的稳定性，该模型是反演白茎绢蒿 Cu 含量的最优模型。（3） 相比于逐步回归分析、 GA 以及相关系数这三种波段筛选方法， 将使用 CARS 法从白茎绢蒿变换光谱 'lnR1（ ） 中筛选出的 56 个特征波段输入到 PLS 中构建的土壤中 Au 含量反演模型的精度最高， 其留一交叉验证得到的预测值和实测值之间的 R2 达到了 0.8016，不仅具有较高的精度，模型的稳定性以及泛化能力也较高，该模型是反演土壤中 Au 含量的最优模型。（4）提出了一种新的指数 SCR(λ517-632、 697-737 nm)，其代表植物 517-632 nm 和697-737 nm 范围内的反射光谱经过包络线去除以后得到的曲线包围 X 轴的面积，可以同时识别出在白茎绢蒿体内聚集而形成的 Au、 Ag 以及 Cu 含量异常。该指数的最大优点在于其可以识别组合元素含量异常，可以在一定程度上克服过往研究中利用单一元素异常信息进行矿产资源预测的不确定性和稳定性较差的缺点。（5）本研究发现，与使用单一时间段的植物光谱数据相比，使用多个时间段的植物光谱数据构建的土壤中 Cu 元素丰度识别模型的精度更高， 并利用从白茎绢蒿 6 月和 7 月的反射光谱中筛选出的 10 种植被指数和极限学习机分类模型（ELM） 构建了一个土壤中 Cu 元素丰度的识别模型，模型的识别精度达到了89.02%。该模型把光谱和时间数据有机地结合在一起，可以提供更加丰富的环境胁迫信息。 利用该模型可以快速圈定出土壤中 Cu 含量异常区域，为找矿靶区的圈定提供技术支持。（6） 基于 Matlab 语言和 Matlab GUI 功能研发了一个人机交互性较好、 可视化强的高光谱植物地球化学信息识别系统。该系统共包含了光谱预处理、光谱变换、特征波段提取、 金属含量反演、 金属元素丰度识别、最优波段组合的筛选、等值线图的绘制、遥感图像处理以及组合元素含量异常提取 9 大模块。 每个模块中又包含 2-3 个功能，总计共有 25 个功能。该系统把本研究中构建的 4 个植物地球化学模型有机地结合在了一起，利用该系统和我们课题组基于动力三角翼和HySpex 高光谱传感器搭载的“超低空探测平台”可以快速地进行植物地球化学信息的提取，进而为隐伏矿产的勘查提供技术支持
Research on the classification and space partitioning management of Chinese National Park
No full text国家公园是我国自然生态系统中最重要、自然景观最独特、自然遗产最精华、生物多样性最富集的自然保护地，具有全球价值、国家象征，国民认同度高，对于保护具有国家代表性的自然生态系统，实现自然资源科学保护和合理利用具有重要意义。分类分区管理是国家公园实现可持续发展的重要途径。然而，我国目前尚未建立国家公园分类管理理论， 分区也多是针对所有国家公园，忽略了不同类型国家公园保护对象、管理目标之间的差异，导致了分区政策与实际脱离，难以克服现实中保护和管理的模糊性。随着国家公园建设进一步推进， 研究制定适合我国国情且便于操作的国家公园分类分区管理理论，成为我国国家公园发展亟需解决的关键问题。本研究试图运用文献分析法、 对比研究法、 多学科融贯等多种方法， 通过对 IUCN（世界自然保护联盟）、国外国家公园、我国自然保护地分类分区理论的探索研究，构建适用于我国的国家公园分类管理理论，完善我国国家公园分区管理理论，一定程度上弥补我国国家公园研究不足，为潜在国家公园分类分区管理提供科学依据和实践指导。本文主要内容和结论如下：第一，结合 IUCN 保护区分类系统、世界自然遗产分类系统、国内外国家公园及自然保护地分类现状及分类标准研究，提出以保护目标为分类依据将国家公园划分为自然生态系统保护类、物种和栖息地保护类、自然遗迹保护类、自然景观保护类、综合保护类五类， 进行针对性分类管理。第二， 通过对国家公园分区管理现状研究，提出管控-功能二级分区模式。在此基础上，首先按管控将国家公园分为核心保护区、一般控制区；其次，针对各类型国家公园保护对象、管理目标差异，按功能分区将自然生态系统保护类国家公园划分为核心保育区、生态修复区、科普游憩区、传统利用区； 将物种和栖息地保护类国家公园划分为核心保护区、季节性核心区、恢复扩散区、生态廊道、科普游憩区、传统利用区；将自然遗迹保护类国家公园划分为严格保护区、科普教育区、游憩展示区、传统利用区；将自然景观保护类国家公园划分为核心生态区、核心景观区、一般游憩区、传统利用区；将综合保护类国家公园划分为严格保护区、生态保育区、生态廊道、科普游憩区、传统利用区，进行分区管理。第三， 针对各类型国家公园差异化管理目标，提出差异化分区管理指标体系。考虑生态系统功能、生态敏感性，人为干扰等因素，构建了自然生态系统保护类国家公园分区管理指标体系；考虑物种潜在栖息地、生态敏感性，人为干扰等因素选取要素指标等因素，构建了物种和栖息地保护类国家公园分区管理指标体系；考虑自然遗迹保护类国家公园的自然属性、价值属性、生态敏感性，人为干扰等因素，构建了该类型国家公园的分区管理指标体系；考虑景观的观赏价值、生态敏感性，人为干扰等因素，构建了自然景观保护类国家公园分区管理指标体系；综合考虑以上一种或多种因素，构建综合保护类国家公园分区管理指标体系
Variation of Huber value of woody plant along a precipitation gradient from north-west to south-east of China
No full text胡伯尔值（Huber value， Hv）被定义为树冠上部枝条边材面积与叶面积的比值，是度量植物地上部分水力性状的一个指标，可以看作是木质部（除了髓、心材、茎皮和韧皮部）投资与叶片所获得收益的比率，是植物水分平衡和干旱响应的核心属性。揭示胡伯尔值的分布格局及其与比叶面积和气候因素的关系，可以促进陆地生物圈模型中植物水力和生物量分配的参数化，有助于理解气候变化背景下全球植物生物量分配以及植物对干旱胁迫的响应。本研究以中国西北-东南样带为研究平台，沿降水梯度从东南到西北依次在天目山、鸡公山、安塞、沙坡头、瓜州、阜康等地选择了 6 个典型生态系统，通过野外采样和室内分析相结合的方法，研究不同降水水平下胡伯尔值的分布格局以及其隐含的权衡关系，定量分析了气候因素对胡伯尔值的影响。本文的主要研究结论如下：（1） 胡伯尔值与比叶面积的分布格局。 个体水平上，胡伯尔值与比叶面积均值分别为 2.8×10-6 和 174.26cm2 g-1，变化范围分别为 0.5×10-7~0.23×10-4 和7.69~889.43cm2 g-1；在生活型水平上，灌木的胡伯尔值为 3.6×10-6，显著高于乔木的 2.5×10-6（P沙坡头>阜康>安塞>天目山>鸡公山，其中瓜州为最大值 0.07×10-4，天目山和鸡公山最小值 0.02×10-4 且他们之间差异不显著；比叶面积在不同生态系统间分布趋势为天目山>鸡公山>安塞>沙坡头>阜康>瓜州，在天目山为最大值 259.23 cm2 g-1，沙坡头、瓜州、阜康间没有显著性差异(P>0.05)。（2） 胡伯尔值与比叶面积的权衡关系。 比较不同生态系统和不同生活型植物边材面积与叶面积的关系发现：无论是在生态系统水平还是生活型水平，植物边材面积与叶面积均满足管道模型和最优分配理论，即叶面积始终和边材面积呈正比，会将资源优先分配给边材来保证植物的正常供水；对于叶面积和叶干重，无论在生态系统水平还是物种水平，两者的异速生长指数均小于 1，即叶面积与叶干重呈非等速关系且会优先向叶干重分配资源。（3） 胡伯尔值与比叶面积与气候因素的关系。 在物种水平上，降水、温度均与胡伯尔值呈负相关，而大气水汽压差与胡伯尔值呈正相关；对于比叶面积来说，降水、温度均与比叶面积呈正相关，而大气水汽压差与比叶面积呈负相关；并且从结果可以看出，气候指标对比叶面积的拟合程度均好于胡伯尔值。通过比较不同算法的干燥度指数与生态系统胡伯尔值和比叶面积的拟合程度发现：与植被生长期温度和降雨量相关的干燥度指数与胡伯尔值的拟合程度最好（R2=0.971）；而与年降水量和年均温相关的干燥度指数与比叶面积拟合程度最好为（R2=0.971），不同生活型植物与气候指标间的关系有所差异
Uncertainty of estimating potential evapotranspiration by Penman-Monteith model and its influence on runoff simulation
No full text蒸散发作为水量平衡和水循环的重要环节，该项参数的输入对 SWAT 分布式水 文 模 型 的 模 拟 精度 具 有 较 大 的 影 响 。 国 际 粮 农 组 织 （ FAO ） 推 荐的Penman-Monteith 方法估算潜在蒸散发在世界各地得到了广泛的应用和验证，但最新有研究表明该方法在干旱区的应用过程中会导致不可忽视的误差，主要是由于在干旱半干旱地区，植被覆盖率较低，远达不到 FAO 假设的完全被植被覆盖的稳定下垫面条件，这导致地表温度与空气温度差异较大，现在通用的 PM 公式仅通过空气气温拟合饱和水汽压曲线斜率和默认地表反照率为固定值 0.23 的做法必然会导致计算偏差。因此本研究利用 MODIS 遥感产品获取地表温度和地表反照率数据对这两项参数校正，探究了两项参数对 Penman-Monteith 方法的影响，以及该方法在干旱区应用过程中的不确定性。同时，潜在蒸散发作为关键的导入参数，它的准确计算可以进一步提高SWAT模型在干旱区的应用精度。虽然SWAT模型在参数率定的过程中会部分过滤掉参数的敏感性，但对于蒸发强烈的干旱区来说，这项数据的准确与否必然会影响模型的模拟效果。因此本研究基于参数修正前后 PM 公式计算的潜在蒸散发分别输入模型，并进行了对比分析，主要结论如下：1. 在干旱地区，通过空气气温一项参数拟合温度饱和水汽压曲线会导致 PM在计算过程中过度高估当地的潜在蒸散发，而设定地表反照率为 0.23 的做法会导致低估，通过同时对温度饱和水汽压曲线斜率的和地表反照率校正后，Penman-Monteith 的高估误差仍然存在。在西北干旱区 84 个国家标准气象站点，50％的站点表现为年均值都呈现高估状态，超过 30%以上的站点年均高估值都达到 100mm 以上。高估量最大站点（七角井站）年均高估为 681.52mm，全区年均高估 156.70mm。同时，也有部分站点表现为低估，年最大、最小和平均低估幅度分别为 323.28mm， 3.28mm 和 101.61mm，这些站点主要集中于平原植被覆盖较好的地区。在蒸发强烈的 7-8 月， FAO-56 Penman-Monteith 公式对 ET0 的高估更为明显，高估的站点数超过70%，高估幅度最高达到233mm，平均为45.26mm。就整个区域平均状况而言，年均高估量为 33.69mm，空间尺度上看植被覆盖度低的地区，这种高估更为显著。时间尺度上看主要集中与 7 至 8 月，平均高估29.18mm2.选取干旱区内典型区喀什噶尔河流域作为研究对象，设置恰其嘎站和克勒克站两个控制点，建立了 SWAT 分布式水文模型。设定 2003-2004 年为预热期，2005-2009 年为率定期， 2010-2011 作为验证期， 分别将基于传统 Penman-Monteith模型和参数校正后的 Penman-Monteith 计算的潜在蒸散发输入到模型，对两个控制站的月径流量进行模拟分析，利用 R2 和 NS 系数对模拟结果进行评价。研究结果表明：无论在率定期还是验证期，潜在蒸散发的准确计算显著提高了 SWAT模型在干旱区径流的模拟精度，因此，提高潜在蒸散发输入精度是减少 SWAT分布式水文模型不确定性的重要途经
Evolution of the cropland structure and effects on grain production and land surface thermal environments in the Sanjiang Plain, China
No full text三江平原是中国商品粮生产基地和耕地改革先行示范区， 其耕地变化代表着东北地区乃至全国农业用地改革的方向。该区域耕地的快速扩张必然对粮食产量和农业环境产生重大影响。此外，三江平原也是中国不同土地制度典型区，辖区由国营农场区和普通农户区组成。 开展对三江平原耕地结构演化及其对粮食产量和地表热环境的研究，有利于了解中国农业用地改革过程、粮食安全问题、和农业环境问题。同时也有利于了解不同土地制度对这些问题的潜在影响。本研究从土地利用、 土地管理制度、粮食产量、和地表热环境四个方面确定研究目标。 (1) 基于陆地资源卫星，追踪时间序列的整个研究区耕地面积及其结构变化，还原三江平原耕地垦殖历史； (2) 在水田发展背景下，比较不同土地制度管理区过去耕地变化和未来发展格局，探究土地制度对耕地演化的影响； (3) 揭示在全球农业贸易和中国宏观农业政策背景下，该区域耕地变化对粮食产量影响的时空特征，以及不同土地制度区农作物演化和粮食变化差异； (4) 定量分析耕地结构演化对地表热环境的影响，揭示不同农作物在生长季的温度差异，探究寒冷地区水田扩张的“冷岛效应” 。针对这四个目标， 本研究结论如下：(1) 基于一种土地利用更新方法， 采用 771 景陆地资源卫星对 1990-2015 年时序间隔 5 年的耕地演变进行了追踪分析。结果表明：三江平原的陆地资源卫星影像支持多年的土地制图要求。 基于新的土地利用产品， 三江平原耕地总面积由 45 252.01km（2 1990）持续增长到 58 231.59 km（2 2015）。从耕地结构分析，水田面积由 2 850.87km2（1990） 快速增长到 26 537.14 km2（2015） 。这使得水田在耕地总面积的占比由6.30%（1990） 几乎直线上升到 45.57%（2015） 。这说明三江平原耕地结构发生了剧烈变化， 该变化以水田快速扩张为主要特征。(2) 在水田快速扩张背景下，分析了 1990-2050 年不同农业制度区耕地的历史变化状况和未来发展格局。结果表明：国营农场水田扩张速度快于普通农户区，对应速率分别为 648.61 km2/yr 和 298.84 km2/yr。这使得在 1990-2015 年间，国营农场水田发展从初始阶段进入末期阶段，而普通农户区则从初始阶段进入中期阶段。 根据预测， 2020-2050 年，水田发展重心从国营农场迁移到普通农户区， 这也导致了普通农户区旱地出现大量流失。 本研究提供了遥感卫星证据，表明国营农场通过水田面积扩张来影响耕地种植模式，形成与普通农户区差异化的耕地结构演化格局。(3) 基于土地转换、作物演化、粮食单产、模型模拟等信息，揭示不同土地制度区在谷物生产中的角色分工。结果表明：在 1990 年研究区粮食总产量为 748.03×104t，到 2015 年增长到 3 785.13×104 t，表明总产量增长了 4.06 倍。通过土地利用转移矩阵分析，旱地变成水田是 1990-2015 年间研究区主要的土地利用变化类型。 这种土地转变对粮食产量产生了积极影响，贡献了粮食总增量的 14.29%。 在 1990-2015年，三江平原农作物变化特征为：水稻和玉米在耕地的占比分别提高 33.67%和17.91%，而大豆和其他作物在耕地的占比则分别降低 25.93%和 25.65%。在不同的农业制度区，优势农作物的演变状况不同，在国营农场区由大豆（1990-2000）演化为水稻（2000-2015），而在普通农户区由大豆（1990-2005）演化为玉米（2005-2015）。不同的农作物演化特征表明： 国营农场对中国居民的口粮贡献更大， 而普通农户区的粮食侧重于为工农业生产服务，体现了不同的粮食生产角色分工。(4) 我们分析旱地作物转变为水田对地表环境的影响。 2000-2015 年期间，与旱地作物相比，新扩张的水田在生长季产生了高达 7.17±1.05℃的“冷岛效应” 。该“冷岛效应” 在 5 月/6 月达到高峰，在雨量充沛的 8 月降至最低。低密度、中密度和高密度水田区的地表温度分别降低了 0.59±0.06℃、 0.77±0.07℃和 1.08±0.08℃，说明随着水田密度的增加，该效应加剧。地表热过程机制表现为：在旱地被水田替代后，显热通量和土壤热通量分别降低了 52.94W/m2和 15.26W/m2，潜热通量和净辐射分别增加了 115.66W/m2 和 47.34W/m2。本研究的方法创新和主要发现如下： 首先，提供一个土地利用更新方法获得 30米分辨率耕地结构信息，该方法显示出较好的精度。其次， 在不同的土地制度管理区， 国营农场通过水田面积扩张来影响耕地种植模式，形成与普通农户区差异化的耕地演化格局；第三，旱地变成水田对粮食安全具有积极影响， 并揭示不同土地制度区农作物演化差异，阐明其在中国谷物市场供给中的角色分工； 最后，分析中国寒冷地区旱地变成水田在生长季的地表温度差异， 量化寒冷地区水田扩张的“冷岛效应” ，揭示其对地表热环境影响的内在机制
Comparative Research on the Risk of Water Scarcity in Tarim River Basin and Indus River Basin under the 1.5oC and 2.0oC Global Warming
No full text水资源短缺是目前全球面临的重大问题，已经成为制约社会经济可持续发展的关键因素。 造成水资源短缺的主要原因是水资源供需不平衡。塔里木河流域与印度河流域是水资源严重短缺的区域之一，冰川融水是其河川径流的重要补给来源，而在全球变暖的大背景下，气温的升高使区域水资源产生重大变化。 随着社会经济的快速发展， 区域未来需水量将有大幅上升，进一步增加水资源的供需矛盾。本研究基于观测的气象和水文数据， 针对塔里木河流域“四源”和印度河流域上游的多个流域，构建了冰川补给流域的水文模型，定量评估降雨、 积雪融水和冰川融水对河川径流的贡献； 以3个全球气候模式（ GFDL-ESM2M，HadGEM2-ES和MIROC5） 驱动流域水文模型， 解析了未来径流组成。 基于塔里木河流域和印度河流域在历史时期的用水，结合经过本地化及空间插值后的塔里木河流域与印度河流域在共享社会经济路径（SSP1-5）下的社会经济数据（人口与经济），预估未来农业用水、 生产用水和生活用水量。 最终分析全球升温1.5℃与2.0℃情景下水资源短缺的程度、定量评估水资源短缺的社会经济影响风险。主要成果有：（1） 塔里木河流域与印度河流域的历史时期气温和降水均为上升的趋势，塔里木河流域气温上升速率高于印度河流域，降水低于印度河流域；塔里木河流域的径流为增加趋势，而印度河流域径流则为下降趋势。（2） 构建的HBV-Light模型对塔里木河流域“四源”的7个水文站以及印度河流域上游4个水文站的径流均有较好的模拟能力， 能够用于径流的变化特征研究。 基准期， 塔里木河流域源区的径流为214.3亿m³。 全球升温1.5℃情景下， 增加至244.6亿m³； 2.0℃情景继续上升0.7亿m³。印度河流域上游的径流在基准期为1454.1亿m³。 全球升温1.5℃情景下，上游的径流为1584.6亿m³； 全球升温2.0℃则为1577.3亿m³。（3）基准期， 塔里木河流域“四源”区的降雨、积雪融水和冰川融水径流对总径流的贡献分别为43.4%、 18.9%和37.7%。而在全球升温1.5℃与2.0℃背景下，降雨径流的比重逐渐降低，而积雪融水和冰川融水径流的比重则持续增加。基准期，印度河上游的降雨、积雪融水和冰川融水径流对径流的贡献分别47.5%、27.7%和24.8%，全球升温1.5℃，三者占总径流的51.3%、 25.5%和23.2%，而在2.0℃，则变为52.6%、 25.1%和22.3%。印度河上游，降雨径流的比重不断增加，而冰川融水和积雪融水径流的比重则持续减少。（4） 历史时期，塔里木河流域的农业、 生产和生活用水分别为147.8亿m³、0.8亿m³和1.2亿m³。 全球升温1.5℃背景下， 不同行业的用水量分别为168.6亿m³、2.1亿m³和2.0亿m³； 全球升温2.0℃背景下， 则为171.1亿m³、 2.3亿m³和2.0亿m³。塔里木河流域的农业用水量占到总流域用水量的97%以上，是用水的重要组成部分， 生产和生活用水也持续增加。 与塔里木河流域相似，印度河流域的农业用水的比重也在95%以上。 1986-2005年，印度河流域的农业、 生产和生活用水分别为976.6亿m³、 17.0亿m³和35.5亿m³，而在全球升温1.5℃背景，分别为1083.4亿m³、 55.2亿m³和85.8亿m³，全球2.0℃背景下， 分别为1110.1亿m³、 86.4亿m³和95.8亿m³。农业用水占总用水的比重持续下降， 生产用水和生活用水的比重则持续上升。（5）基准期，塔里木河流域的水资源短缺指数为64.4%，而在全球升温1.5℃背景下则上升到66.6%，全球升温2.0℃背景下为67.1%； 印度河流域在1986-2005年中的水资源短缺指数为67.4%，在全球升温1.5℃情景上升为75.9%，全球升温2.0℃进一步上升至79.4%。塔里木河流域与印度河流域一直处在水资源短缺的状态，且随全球气温的升高和社会经济发展，供水与需水之间的矛盾进一步增加，水资源短缺状态持续严峻。而在整个21世纪，塔里木河流域水资源短缺指数均小于100%，流域内水资源量仍能满足其社会经济的发展；而印度河流域，在21世纪末期， 流域内的水资源已经无法满足社会发展所需。 全球升温1.5℃与2.0℃背景下， 塔里木河流域与印度河流域中，全部的耕地、人口和国内生产总值均收到水资源短缺的影响， 但印度河流域会出现水资源无法满足社会发展需求的现象
Design and Implementation of WeChat Public Platform for Remote Sensing Image Service
No full text遥感技术在各领域的应用与迅速发展推动了其用户群体与层次由专业化走向大众化，使得大众用户具有较强的遥感影像服务需求。微信平台因其受众范围广，且具有强大的信息推送和网络访问能力，其功能多样、操作简便，已在各行业有了大量应用。在此背景下，利用功能强大的微信平台进行遥感影像服务，对遥感技术与应用的推广、遥感影像服务模式的拓展以及遥感影像服务大众化具有重要意义。本文将微信平台的优势应用于遥感影像服务，利用 Django Web 框架、 MySQL数据库、 HTML5+CSS+JavaScript、新浪 SAE 云平台、百度 API 等相关技术，设计并实现了具有遥感影像信息查询、遥感影像数据推送、遥感影像数据定制、遥感影像数据获取等功能的遥感影像服务微信公众号，为缺乏遥感技术知识和数据处理能力的普通大众用户提供更便捷的遥感影像服务。本文主要完成的工作如下：（1） 从大众用户角度出发，采用可行性分析、业务流程分析以及功能需求分析等方法对遥感影像服务微信公众号进行了需求分析，确定了该公众号功能模块的划分与开发内容。（2） 根据需求分析，结合 Django Web 框架的特点，设计了包含表现层、业务处理层、数据层和基础设施层的遥感影像服务微信公众号总体框架。通过对微信公众号二次开发技术的研究，分别从微信公众号端和后台管理端进行了各功能模块的设计，同时采用实体-联系图(E-R 图)，对遥感影像服务微信公众号所需数据库表进行了内容和结构方面的设计。（3） 以微信公众号作为信息交互平台，采用 Python 作为开发语言、 SVN 进行代码管理和维护、新浪 SAE 云平台作为开发、测试和部署的服务器资源环境，结合Django Web框架、微信接口开发、HTML5+CSS+JavaScript前端开发、MySQL数据库、 百度 API 等技术对遥感影像服务微信公众号的前后端各功能模块进行开发，并根据数据库表的设计，将所需要的遥感影像数据写入数据库，最终实现大众用户在微信公众号端进行遥感影像服务的功能以及管理人员在后台管理端进行相关管理任务的功能
Mapping Alteration Minerals Using HySpex Hyperspectral Data in the Kalatage District, NW China
No full text遥感是通过分析给定设备或传感器收集的数据来获取对象目标，区域或现象信息的艺术或科学，该技术与被调查的对象。 区域或现象没有直接的物理接触，因此遥感技术具有广泛的覆盖范围。 成像高光谱传感器可以通过数十到数百个波段对地面物体进行成像，并在获取地面特征的空间信息时获取地面特征的连续光谱信息， 这大大提高了识别地面物体的能力。本研究使用的 HySpex 成像高光谱数据具有较宽的光谱响应范围 (400-2500 nm) ， 较窄的谱带宽度 (2.8nm/5.45 nm) 和较高的空间分辨率可以更有效地应用于矿物蚀变信息的提取。如何通过遥感图像分类技术从遥感图像中提取有效信息是遥感地质科学应用的热点和难点之一。随着高光谱遥感技术的进步，卫星和机载遥感由于分辨率和效率要优于地面点测量， 数据应用在地质学和矿物学领域越来越广泛和适合。本研究区玉带斑岩型铜矿位于卡拉塔格西部， 断层以南， 矿床主要由侵入性，喷出性和沉积岩组成，包括流纹岩斑岩，斑岩性石英闪长岩和辉长岩，它们以储量的形式出现在该地区的西部，并被堤坝侵入。 研究区以斑状石英闪长岩为主体，并与矿化有密切的时空联系。 研究区的行政区划属于新疆哈密市五宝乡，西邻吐鲁番市。地貌多为低丘陵宽谷低丘准平原地区，平均海拔为 500-600 米，最高海拔为 693 米，相对高度差为数十米。本研究的目的是通过利用超低空高精度快速探测技术平台（三角翼搭载 HySpex 高光谱传感器），以玉带斑岩型铜矿区为试验区，开展低空高光谱提取蚀变信息的方法技术试验。为了使研究结果可信和准确，我们采集了研究区的岩矿样品。根据遥感高光谱影像提取的蚀变信息图，选择样品的收集路线，并记录和确定每一个样品采集的具体位置。通过地面便携式高光谱仪（ASD） 进行了测量和分析，并将结果与 USGS 光谱库进行比较。研究小组采集的 HySpex 高光谱数据是最原始的 DN 值数据，不仅没有坐标系统，而且还有较大的几何变形和大气影响。因此，通过辐射校准、 几何校正和大气校正对数据进行预处理， 为提取蚀变信息做好基础。 首先， 使用 HySpexRAD 软件将数据转换为与辐射单位成比例的格式、 然后使用 PARGE 软件进行基本格式转换，几何校准，并结合 NovAtel 的 SPAN-CPT 仪器记录的姿态数据（POS）进行地形校正。最后，使用基于遥感应用程序基于 MODTRAN4辐射转换开发的 ATCOR 软件进行大气校正。此外，通过 ENVI 5.1 经典版本、 ArcGIS和 CorelDraw 等处理软件来处理和分析图像。通过最小噪声分离（MNF）变换和像素纯度指数（PPI）结合来增强地质背景和 HySpex高光谱数据的信息提取分析。考虑到研究区内感兴趣区域的地质条件重点研究了黄铁矿和绿泥石两个蚀变矿物。经过现场勘查， 我们发现大量的黄钾铁矾暴露在探槽周围和广泛分布在矿化区域。 探槽附近的山顶上出现少量的绿泥石，其余部分则覆盖着厚厚的盐碱壳。我们使用 SAM 算法来比较端元频谱向量与 n 维空间中每个像素向量之间的角度， 较小的角度表示与参考光谱的匹配度更高，而比弧度指定的最大角度阈值远的像素不进行分类。对于图像的定性分类，为每个端元定义一个小角度的角度阈值， 该阈值可提供最佳结果，并用于分类。 SAM 的分类结果为58.03％， Kappa 系数指数为 0.49。对蚀变分布的分析表明，大多数黄钾铁矾的面积分布在探槽周围， 沿探槽呈线性分布。大部分亚氯酸盐都位于的东北部的山坡， 上其余的亚氯酸盐散落在山沟周围。研究结果表明： SVM 分类器非常适合高光谱数据，因为它不假设类的特定统计分布， 该分类器的任务是在 n 维空间中分离类。 通常情况下，这些类不是线性可分离的，因此我们应用了核分数径向基分数（RBF 核）。 SVM 分类的结果显示出 69.25％的准确性， Kappa 系数为 0.59。在手动创建分类的同时，可以纠正倾斜误差，从而提高分类精度。此外， SVM 和 SAM 之间的差异是原始斜率。对于 SAM和 SVM结果对比， SAM结果的总体分类精度分别提高了近 4.3％至 59.57％； SVM则提高了 69.25％。蚀变矿物提取的结果与现场验证结合，结果表明： 支持向量机方法提取的蚀变矿物信息更加集中，而 SAM提取的信息则更加分散。在蚀变方面，从前述方法获得的蚀变矿物信息与实地观测到的蚀变分布相一致。 结果显示与 SAM相比，使用 SVM识别变质矿物的准确性更高且更敏感。超低空 HySpex高光谱探测平台可在空间分辨率处于亚米级的情况下获得连续且完整的光谱目标曲线， 可以为研究目标之间的定量和半定量参数提供技术支持， 并且证明该技术对找矿是有效。 通过本研究结果证明，利用超低空HySpex 高光谱平台探测可以有效地识别蚀变矿物信息，并用于建立光谱与矿物元素含量之间的定性和定量关系。 下一步研究， 我们将在大面积成矿带应用该技术，以探测岩石的类别和矿物组成
Ecologically-based control of major endemic and new invasive insect pests in Tajikistan
No full text害虫是造成世界农业生产和农业产业大量损失的主要生物因子之一。 在食品安全方面， 由虫害取食造成的危害是导致作物产量和作物品质下降的主要因素之一。 预防和管理病虫害的基础是适当采用最新的技术和措施。而监测田间主要害虫是农业相关部分政府政策的关键因素。 外来入侵物种(IAS)正在威胁全球范围内的生计和生物多样性。 日益增长的全球化促进了外来入侵物种(IAS)的产生以及环境的变化。 自从工业革命开始以来，贸易和外来物种的入侵就相互交织在一起。然而，随着全球化的到来，当前的国际贸易和人类旅行水平不仅使外来入侵物种的引入风险达到了前所未有的水平，而且也成为它们迅速传播的渠道。 农业在塔吉克斯坦的国民经济中发挥着重要作用，为塔吉克斯坦创造了就业和收入。 然而，塔吉克斯坦农业近年来受到几种主要的本土害虫和侵入性害虫的威胁。 因此，必须采取抗性品种、 生物防治、 自然天敌、 辐射技术、微生物和少量使用杀虫剂等措施来控制害虫，使害虫种群数量低于经济承受能力。这些方法引导我们引入有害生物综合治理(IPM)。目前，在大多数作物系统中优化有害生物综合治理（IPM）具有较高的挑战性和重要意义。 尤其随着本土害虫和入侵性害虫对农作物的伤害不断加剧，这一主题显得尤为重要。 因此， 种植者、 农业部门以及研究人员的关键任务是开发和采用一些替代技术来监测和管理害虫。 由于依靠过度使用化学杀虫剂进行有害生物管理对人类健康和环境造成了威胁， 采用替代控制措施实现农作物的可持续保护极为迫切。 综合了相关控制策略和方法的替代控制措施具有较高的成本效益。在有害生物综合治理（IPM） 中，基于性信息素的生化防治以及基于释放和保护节肢动物天敌的生物防治是关键性的技术。 本研究目标是：（i）评估 迷 向 技 术 防 治 本 土 害 虫 苹 果 蠹 蛾 Cydia pomonella L.(Lepidoptera:Tortricidae) 、 葡 萄 花 翅 卷 叶 蛾 Lobesia botrana (Denis &Schiffermüller)(Lepidoptera: Tortricidae) 和 新 入 侵 害 虫 梨 小 食 心 虫Grapholita molesta（Busck）（Lepidoptera: Tortricidae） 的有效性；（ii）评估寄生性天敌烟仓麦蛾茧蜂 Habrobracon hebetor (Say) (Hymenoptera:Braconidae) 和 捕 食 性 天 敌 普 通 草 蛉 Chrysoperla carnea （Stephens ）（Neuroptera： Chrysopidae） 对塔吉克斯坦的入侵害性害虫番茄潜麦蛾 Tuta absoluta (Meyrick) (Lepidoptera: Gelechiidae) 的生物防治效力。 在实验室和野外条件下进行了一系列实验。在第 2-3 章中，我们评估了迷向（MD）技术对本土害虫苹果蠹蛾、 葡萄花翅卷叶蛾和入侵性害虫梨小食心虫的防控效果 G.molesta。 本试验在塔吉克斯坦中部的 Gissar 区进行， 2018 年至 2019 年期间， 在当地的桃园中进行梨小食心虫的防控效果评估； 2017 年至 2018 年， 于当地的苹果园和葡萄园中分别进行苹果蠹蛾和葡萄花翅卷叶蛾的防控效果评估。 本研究中采用含有合成信息素诱芯的粘性诱捕器诱捕雄性成虫来评估迷向技术（MD） 的有效性，并通过检测样品水果破坏程度来评估迷向技术（MD） 对梨小食心虫（桃子） 、 苹果蠹蛾（苹果）和葡萄花翅卷叶蛾（葡萄） 的影响效果。 在使用迷向技术（MD） 处理的试验点，粘性诱捕器没有捕获到雄性成虫。而且水果的破坏程度下降了 98%-100%。 。 迷向技术（MD）在两个生长季节中对第二代、 第三代和第四代梨小食心虫、 苹果蠹蛾和葡萄花翅卷叶蛾具有较高的防控效果。当使用迷向技术（MD）时， 由梨小食心虫和苹果蠹蛾造成的水果破坏程度最少是 0-2％和 2-3％， 而葡萄花翅卷叶蛾则没有对水果造成任何损伤。 迷向技术（MD） 极大程度上降低了梨小食心虫、 苹果蠹蛾和葡萄花翅卷叶蛾造成的经济损失。在第 4 章中，我们评估了两个本土节肢动物天敌烟仓麦蛾茧蜂和普通草蛉对番茄潜麦蛾的防控效果。 , 结果显示， 烟仓麦蛾茧蜂主要寄生在番茄潜麦蛾的老熟幼虫上，其平均寄生率为 29%（每个杯子 10 头幼虫，共 20 个杯子）。在被寄生的幼虫中，羽化出的烟仓麦蛾茧蜂占 3.5%。成功羽化的番茄潜麦蛾占 63%。该试验结果表明烟仓麦蛾茧蜂对番茄潜麦蛾的防控效果相对较低。 故没有对烟仓麦蛾茧蜂做出进一步的大田评估。在可控的实验室条件下，评估普通草蛉对番茄潜麦蛾的防控效果。 结果发现：普通草蛉对番茄潜麦蛾的卵（即 24 h 内 36±2 个卵和 48 h 内 72±4 个卵）和幼虫均具有较高的捕食率， 并且其可以攻击叶片虫道内外的幼虫（虫道内： 22％的幼虫被杀死；虫道外： 35％的幼虫被杀死）。此外野外笼罩试验表明：在“挂果前释放” 普通草蛉，笼罩内具有相对较低的番茄潜麦蛾幼虫密度，然而在“不释放” 的笼罩内， 幼虫密度达到处理组的 4-6 倍。在“挂果后释放” 的笼罩中， 挂果前已经建立起来的害虫种群最终崩溃。 此外，对照样地的番茄作物被完全破坏，而在进行生物防治的样地中， 幼虫密度较低，而且作物受到的破坏也较低。 在则相比于“不释放” 普通草蛉的样地，释放草蛉的具有较高的番茄产量， 尽管“挂果前释放”和“挂果后释放” 番茄产量间没有显著差异。因此得出结论：在塔吉克斯坦商业化的生物防治天敌普通草蛉在防治番茄潜麦蛾方面具有很大的潜力。建议在较大面积的经济作物以及不同的地点进行进一步田间试验来验证其有效性。本研究中， 与施用农药相比， 在使用迷向技术进行防控的试验点，由梨小食心虫、 苹果蠹蛾和葡萄花翅卷叶蛾造成的水果损失率下降,并且迷向技术（MD）也很便宜.因此大规模应用迷向技术（MD）管理该害虫有望成为有潜力的生化防治策略，并且有必要进行进一步调查以评估迷向技术（MD） 使用策略。我们的室内试验也表明普通草蛉在防治和管理番茄潜麦蛾方面具有很大的潜力。尽管在原生境中保护该生物天敌具有很重要的意义，但是大量饲养繁殖以及扩大释放普通草蛉是更实际且有效的防控策略。 并且在塔吉克斯坦和其他中亚国家，大规模饲养普通草蛉的成本并不高， 本地的生物工厂可以大量繁殖这种生物天敌，可以为这种生物天敌的广泛使用提供坚强的后盾，至少可以满足这些地区的需求。为了促使这种生物天敌被广泛的使用，还需要进一步进行一些和普通草蛉相关的应用研究